开孔矩形翅片椭圆管流动与换热特性的数值

用于大型电站的钢制方翅片椭圆管空冷换热器,并按电站空冷器的通用排列形成制造管族试验小样,通过实验得出其换热和管外阻力性能及二者与迎面风速的关系以满足产品设计优选的需要,同时还按近似等换热面积制造了一个钢管铝轧片式圆管族小样,与其进行对比实验。

本文着重阐述了电站凝汽器空冷系统的空冷式换热器所用的矩形钢翅片椭圆管簇小样的试验研究。通过对小样放热及阻力的试验，得出不同迎面风速下的放热性能及空气侧阻力性能的关系。

研制的新型空冷器用椭圆管代替圆管,以钢制矩形翅片套在椭圆管上,翅片上开有扰流孔,管束热浸锌,其总传热系数比普通圆管缠绕翅片空冷器大一倍左右。已在炼油厂催化装置分馏系统上安全运行3年多。

通过对钢制椭圆管矩形翅片的不同管径、不同翅片间距的空冷传热元件进行热力及阻力性能试验,给出了相应的传热关联方程式及阻力方程式,可供工程设计时参考。

本文通过三维数值模拟的方法研究了混合对流作用下u型管管内的换热特性,分析了管内截面自然对流对管内层流换热的影响及主流速度、壁面热流密度和u型管倾角等参数对管内混合对流换热特性的影响。结果表明:与纯强制对流相比混合对流作用下其管内换热系数显著增大;在混合对流作用下,随壁面热流密度增大,管内换热增强,但随进口流速或u型管倾角的增大时,管内换热减弱。

在现代科学的许多领域,换热器是不可缺少的重要设备。随着人们对节能问题的日益重视,新型强化传热技术的应用和高效换热器的研制也变得越来越重要。椭圆管式换热器因为其低阻特性,近年来受到越来越多的关注。通过应用萘升华传质/传热比拟技术,在雷诺数为500～3500范围内,对三排椭圆管光板换热板芯进行了平均传质/传热实验研究,在不同雷诺数下对三排错排椭圆管换热板芯进行了光板与加设三角小翼式cfu和cfd涡产生器的局部传质/传热实验研究,并在此基础上分析对比了两种不同位置涡产生器条件下的强化传热效果。

指出了目前新风机组中使用板形翅片圆管簇换热器的缺陷，介绍了板形翅片椭圆管簇换热器的优点及计算方法，评价了带有翅片椭圆管簇换热器的新风机组的应用前景。

利用萘升华传质/传热比拟实验方法,研究了纵向涡产生器攻击角对椭圆管板式翅片换热和阻力特性的影响,分析了纵向涡错排椭圆管板式翅片换热器在不同纵向涡产生器的攻击角时的传热与阻力特性,为换热器设计提供了一定的理论依据。

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态n-s方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式adams-bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较。研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响。通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭圆管换热器的设计研发提供了参考。

根据标准平椭圆管各部位间的尺寸存在着固定系数关系和替代关系,通过一定数学变换,推导出一种针对标准平椭圆管孔型的系数设计方法;获得了对所有标准平椭圆管孔型都适用的各道次变形系数λi,并且直接利用系数λi与标准平椭圆管管头曲率半径r之间的关系,设计标准平椭圆管各道孔型各部位变形尺寸。该方法既简化了孔型设计程序,又提高了设计效率。

对水平放置矩形截面螺旋通道内弹状流的流动特性进行了实验研究。通过实验获得了不同周角下的气弹演变过程和局部流动特征,结果表明,其流动特性会随着螺旋周角位置的变化而变化。根据实验数据分析发现,同一工况下,不同转角气弹的运动速度、频率和长度分布不尽相同。重力和离心力的相对大小决定着内外壁面液膜的厚度,给出了同一条件下,不同时刻的液膜厚度的演变过程。最后对下降液膜的运动速度展开了分析研究,在螺旋上升过程中,液膜下降速度逐渐减小,在螺旋下降段,液膜速度明显增大。

本文以去离子水为工质进行实验,研究垂直矩形窄通道换热特性。采用单侧壁面加热,改变工质流动参数,分析沿流动方向的壁面温度分布特性和测温点处的局部换热系数。实验表明:以对流沸腾为主的阶段,换热系数随着质量流速的增加而增加,入口温度对于换热系数基本没有影响;当干度χ0.1时,换热系数随着干度的增加而基本保持不变。以核态沸腾为主的阶段,换热系数随干度的增加而略微上升,随入口温度的升高而增加。

对水力直径90.6μm、宽深比9.668的矩形硅微通道中的流动冷凝过程进行了可视化研究。研究发现,宽矩形硅微通道中的冷凝,沿程主要有珠状-环状复合流、喷射流和弹状-泡状流等流型。在珠状-环状复合流区,冷凝液膜可覆盖通道竖直侧壁,而在通道长边上,仍然为珠状凝结。喷射流位置随着入口蒸气reynolds数的增大而延后,通道截面形状对流动冷凝不稳定性也存在很大影响。喷射流之后为弹状-泡状流,弹状气泡沿程逐渐缩短,并在表面张力的作用下收缩成圆球形气泡。冷凝通道的平均传热系数将随着入口蒸气reynolds数的增大而增大。

采用有限元方法分析含椭圆度的管道在内压作用下的应力分布和塑性极限载荷,考察不同椭圆度、壁厚以及管径条件下,管道应力分布和极限载荷值的变化。结果表明,含椭圆度管道的最大应力随椭圆度的增大而迅速增大,管道极限载荷值随椭圆度增大而线性减小,椭圆度、壁厚及管径对管道的安全性有很大影响。

采用ansyscfx商用软件对带肋矩形直通道内的冷却空气换热特性进行了数值计算,并与文献[4]的实验数据进行了对比,分析了雷诺数re和肋片角度对努塞尔特数nu的影响。结果表明:nu数计算平均值与实验值的变化趋势一致,但计算结果大于实验值;由于肋片的扰流作用,在两个肋片之间的壁面区域产生了两个旋涡,强化了冷却空气与固体壁面的换热;随着re数的增大,nu数增大,平均摩擦阻力系数也增大;当肋片角度在45°～60°之间时,冷却通道的强化对流换热效果最好。

通过建立数学模型,对大宽高比矩形通道单相低频脉动层流流动特性进行了分析。研究结果表明:低频率流量脉动未引起流体的速度分布变化,压降与流量间存在相位差,相位差仅与通道窄边尺寸、流体粘性及脉动周期相关。脉动周期及流体粘性越大,相位差越小;窄边尺寸越大,相位差越大。通过建立模型对上述现象进行了分析。

介绍了采用土耳其头轧制椭圆管的成型辊孔型设计原则、设计步骤以及各架次成型辊参数的计算公式。以土耳其头轧制椭圆管孔型各变形边长度不变的原理作为设计孔型的依据,各架次的变型量按等差级数递减,可以得到较好几何尺寸精度和表面质量的成品椭圆管。

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮桨,研究桨径与槽径比d/t变化(分别为0.28,0.33,0.4及0.5)对气液两相体系中临界分散、通气功率和气含率的影响.结果表明,对于d/t较小的搅拌桨,采用由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后,但随d/t增大泛点滞后现象消失;在相同通气量下,d/t对相对功率需求(pg/p0)的影响不大;功率消耗相同时,低通气量时气含率随d/t增大略有增大,但高通气量时恰好相反.研究结果及泛点、通气功率、气含率关联式对工业气液搅拌反应器设计操作具有参考价值.

以垂直向上窄缝矩形通道内去离子水为流动介质,对单相等温流动及恒热流密度条件下的单相传热进行了实验研究。结果表明,窄缝矩形通道内的单相等温流动特性及单相传热特性并未偏离常规尺度通道内的相关规律,采用经典理论解或关系式能获得较好的预测结果。

对水平管道内颗粒物运动规律进行研究。应用粒子图像测速(piv)技术,在不同的气体流量下,对矩形管道在两种不同结构下的气固两相流的流动情况进行了测量,得到了平直通道和带肋通道中气体及固体颗粒的时均速度场,并分析比较了管道结构及气体流量对速度和粒子沉积的影响,发现加肋有助于粒子的沉积,且使通道内流动状态发生了较大改变。对深入了解管道内气固两相流动状况及数值模拟结果的评价提供了参考。

本文对空气在百叶窗翅片内部流动和传热建立了三维数值计算模型。计算结果与文献所提供的实验数据进行了对比,在整个计算范围内,re=0-1500,j和f的平均偏差分别为1.96%和10.5%。在深入揭示百叶窗翅片流动机理的基础上,进一步比较了百叶窗翅片开窗角度la和换向区长度s对其传热和流动阻力的影响,分析结果为百叶窗翅片的模具制作及其优化设计提供了依据。